Rootsi teadlased kasutavad kvantarvutite rakendamiseks keemias vigade leevendamise tehnikat

20. aprill 2023 – Chalmersi ülikooli teadlased teatasid, et esimest korda on Rootsis kasutatud kvantarvutit reaalse keemiajuhtumi puhul arvutuste tegemiseks, kasutades meetodit nimega Reference-State Error Mitigation (REM), mida Teadlaste sõnul parandab see mürast tingitud vigu, kasutades nii kvantarvuti kui ka tavalise arvuti arvutusi.

"Kvantarvuteid saaks teoreetiliselt kasutada juhtude lahendamiseks, kus elektronid ja aatomituumad liiguvad keerulisemal viisil. Kui suudame õppida kasutama nende täit potentsiaali, peaksime suutma ületada piire, mida on võimalik arvutada ja mõista,“ ütles keemia ja keemiatehnika osakonna teoreetilise keemia dotsent Martin Rahm, kes on juhtinud Uuring.

Kvantkeemia valdkonnas kasutatakse kvantmehaanika seadusi, et mõista, millised keemilised reaktsioonid on võimalikud, milliseid struktuure ja materjale saab arendada ning millised omadused neil on. Sellised uuringud viiakse tavaliselt läbi tavapäraste loogiliste ahelatega ehitatud superarvutite abil. Siiski on tavaarvutite arvutustele piirang. Kuna kvantmehaanika seadused kirjeldavad looduse käitumist subatomilisel tasandil, arvavad paljud teadlased, et kvantarvuti peaks olema molekulaararvutuste tegemiseks paremini varustatud kui tavaline arvuti.

"Enamik asju siin maailmas on oma olemuselt keemilised. Näiteks koosnevad meie energiakandjad nii bioloogias kui ka vanades või uutes autodes elektronidest ja aatomituumadest, mis on molekulides ja materjalides erineval viisil paigutatud. Mõned probleemid, mida me kvantkeemia valdkonnas lahendame, on arvutada, milline neist korraldustest on koos nende omadustega tõenäolisem või soodsam, " ütleb Martin Rahm.

Kvantarvutitega on veel palju teha, et saavutada teadlaste eesmärk. See uurimisvaldkond on veel noor ja väikesed mudeliarvutused, mida tehakse, muudab keeruliseks kvantarvuti ümbritsevast mürast. Martin Rahm ja tema kolleegid on aga nüüdseks leidnud meetodi, mida näevad olulise sammuna edasi. Meetodit nimetatakse võrdlusseisundi vigade leevendamiseks (REM) ja see parandab mürast tingitud vigu, kasutades nii kvantarvuti kui ka tavapärase arvuti arvutusi.

"Uuring on tõestus selle kohta, et meie meetod võib parandada kvantkeemiliste arvutuste kvaliteeti. See on kasulik tööriist, mida kasutame kvantarvutite arvutuste täiustamiseks, "ütles Rahm.

Meetodi põhimõte seisneb selles, et esmalt tuleb arvestada võrdlusolekuga, kirjeldades ja lahendades sama probleemi nii tavalises kui ka kvantarvutis. See võrdlusseisund kujutab molekuli lihtsamat kirjeldust kui algne probleem, mille kvantarvuti pidi lahendama. Tavaline arvuti suudab selle probleemi lihtsama versiooni kiiresti lahendada. Võrreldes mõlema arvuti tulemusi, saab anda täpse hinnangu mürast põhjustatud vea suurusele. Kahe arvuti võrdlusprobleemi lahenduste erinevust saab seejärel kasutada algse keerukama probleemi lahenduse parandamiseks, kui seda käivitatakse kvantprotsessoris. Kombineerides selle uue meetodi Chalmersi kvantarvuti Särimner* andmetega, on teadlastel õnnestunud välja arvutada väikeste näidismolekulide, nagu vesinik ja liitiumhüdriid, siseenergia. Samaväärseid arvutusi saab tavalises arvutis kiiremini teha, kuid uus meetod kujutab endast olulist edasiarendust ja on esimene kvantkeemilise arvutuse demonstratsioon Rootsis asuvas kvantarvutis.

"Näeme häid võimalusi meetodi edasiarendamiseks, et võimaldada suuremate ja keerukamate molekulide arvutusi, kui järgmise põlvkonna kvantarvutid on valmis," ütleb Martin Rahm.

Uuring on läbi viidud tihedas koostöös kolleegidega mikrotehnoloogia ja nanoteaduste osakonnast. Nad on ehitanud uuringus kasutatavad kvantarvutid ja aidanud läbi viia tundlikke mõõtmisi, mis on vajalikud keemilisteks arvutusteks.

„Ainult tõelisi kvantalgoritme kasutades saame aru, kuidas meie riistvara tegelikult töötab ja kuidas seda täiustada. Keemilised arvutused on üks esimesi valdkondi, kus usume, et kvantarvutid on kasulikud, seega on meie koostöö Martin Rahmi rühmaga eriti väärtuslik,” ütleb mikrotehnoloogia ja nanoteaduste osakonna kvanttehnoloogia dotsent Jonas Bylander.

Loe artiklit Võrdlusseisundi vigade leevendamine: keemia suure täpsusega kvantarvutamise strateegia ajakirjas Journal of Chemical Theory and Computation.
Artikli on kirjutanud Phalgun Lolur, Mårten Skogh, Werner Dobrautz, Christopher Warren, Janka Biznárová, Amr Osman, Giovanna Tancredi, Göran Wendin, Jonas Bylander ja Martin Rahm. Teadlased tegutsevad Chalmersi tehnikaülikoolis.

Uuring on läbi viidud koostöös Wallenbergi kvanttehnoloogia keskus (WACQT) ja EL-i projekt OpensuperQ. OpensuperQ ühendab ülikoole ja ettevõtteid 10 Euroopa riigis eesmärgiga ehitada kvantarvuti ning selle laiendus aitab kaasa Chalmersi teadlastele nende kvantkeemiliste arvutustega seotud töö rahastamisele.

*Särimner on viie kubitiga ehk kvantbitiga kvantprotsessori nimi, mille Chalmers ehitas Wallenbergi kvanttehnoloogia keskuse (WACQT) raames. Selle nimi on laenatud Põhjamaade mütoloogiast, kus siga Särimner tapeti ja söödi iga päev, et ta ellu äratada.
Särimner on nüüd asendatud suurema 25 kubitiga arvutiga ja WACQT eesmärk on ehitada 100 kubitiga kvantarvuti, mis suudab lahendada probleeme, mis ületavad tänapäeva parimate tavapäraste superarvutite võimsust.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• Tuleviku rahapaja Adryenn Ashley. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://insidehpc.com/2023/04/swedish-researchers-use-error-mitigation-technique-to-apply-quantum-computing-to-chemistry/